全球銀杏幾乎都源自中國,隨處可見為何卻“瀕危”?

全球銀杏幾乎都源自中國,隨處可見為何卻“瀕危”?

銀杏進入一年中最佳觀賞期。它優雅華貴,寓意美好,是深受人們喜愛的景觀樹種。

中國科學院植物研究所、浙江大學、華大基因研究院科研人員日前聯合發佈揭示銀杏種群進化歷史、避難所及進化潛力的論文,文中“全球銀杏幾乎都源自中國”的結論,為人們津津樂道。

作為植物學界“明星物種”,銀杏身上“謎團”重重。記者與論文共同第一作者“銀杏樹下話銀杏”,看葉片穿越上億年光陰飄落身旁,亦美也亦醉。

身世|

從恐龍時代走來 見證上億年風雨

秋日午後,中國科學院植物研究所幽深靜謐。銀杏林間,曲折小徑蜿蜒向前,微風拂過,已是金黃滿地。

全球银杏几乎都源自中国,随处可见为何却“濒危”?

植物所博士生李寧從地上撿起一片銀杏葉,放在眼前細細端詳。作為論文共同第一作者,過去兩年間,銀杏幾乎填滿了她的全部科研世界。

而想要了解李寧和同伴們的這項研究,我們得先來跟她一起“讀一讀”這片葉子——

從外形上看,銀杏葉特別像一把打開的扇子。扇形葉片本來在整個植物界就不多,如銀杏般擁有柔和曲線的更是隻此一家。它非常符合東方傳統審美,難怪以銀杏葉為模版製作的擺件、裝飾品等層出不窮。

美麗外形絕非徒有其表,更厲害的是,你隨手撿起的葉片,與上億年前的銀杏葉片化石相比,形態幾乎沒有變化。進化生物學領域把這種情況稱之為“形態靜滯”,這也是銀杏被譽為“活化石”的原因之一。若再考慮到如此長久的時間跨度,地球都發生了翻天覆地的變化,小小葉片居然能“固執”地維繫原樣,簡直要令人驚歎了。

翻到背面,細密葉脈同樣暗藏“玄機”。每一支葉脈在向上延展過程中均不斷分為兩叉,呈“丫”字狀。這種“二叉分支”是很原始的分支方式,在蕨類植物中較為常見,後來的被子植物中再也沒有出現過這樣的葉脈。

此外,銀杏葉上端具有如“波浪”般起伏的邊緣,凹進去的部分稱作“裂痕”。銀杏幼苗裂葉緣從完整到六裂的都有,與成年葉片差別極大。認識成年銀杏的人,也未必能認出銀杏幼苗。

銀杏享有“長壽樹”美譽,這也是它受到人們喜愛的原因之一。具體有多長壽呢?3500年!還只是它的平均壽命。目前已知存活最久的,可能是浙江天目山一棵“五世同堂”的古銀杏,12000歲“高齡”可謂樹中老祖宗。至於數千歲的古銀杏樹就更多了,主要生長在寺廟旁,為人類文明平添一份厚重。

銀杏是裸子植物四大支系之一,而且是整個種子植物五大支系裡面唯一一個僅有一個現存種的分支。

“生物系的學生特別喜歡銀杏,因為很少有植物能一口氣從‘綱’說到‘種’,都得想一想,但銀杏可以——銀杏綱銀杏目銀杏科銀杏屬銀杏。”李寧感慨,銀杏從恐龍時代一路走來,歷經上億年風風雨雨。失去了全部的“親人”,就留下它“遺世獨立”,彷彿超然於時間之外。

溯源|

基因測序解密碼 定位銀杏起源地

不但普通民眾喜愛銀杏,如此之多“神奇”的生物特性集於一身,在學界,它也是一個響噹噹的“明星”,吸引了諸多專家學者孜孜不倦尋覓探索。近二三十年來,銀杏一直擁有較高研究熱度,相應的,學界對其也存在多處爭議,避難所問題可以說是討論度最高的。

“避難所”是一個通俗的概念,在新生代第四紀大冰川期來臨前,銀杏原本分佈極廣,一度蔓延到北極點附近。而冰川來臨時,全球銀杏幾乎滅絕,可能由於東西走向的山脈及相對溫暖的環境,中國東部、南部以及西南部分地區存餘了極少量銀杏,研究人員將這些“在災難中提供庇佑”的場地稱為避難所,其實就是生物學中的“孑遺地”。

目前世上銀杏又已隨處可見,那麼它們究竟是從哪個地方“走出去”的呢?“有聲音說是日韓,也有很多學者認為是從中國起源。至於中國起源,又有支持東部天目山起源的和支持西南部務川、金佛山等地起源的。這是一個一直存有爭議,沒被徹底解決的問題。”

李寧說,早在2016年,浙江大學、華大基因研究院和植物所便三方合作,完成了首個銀杏的基因組測序工作。此次研究,是在之前項目基礎上又一次通力合作,主要目的之一就是解決長期存在爭議的避難所問題。

研究從全球51個銀杏種群中,共採集到545個代表性銀杏樣本,遍及中國、韓國、日本、北美洲和歐洲,是迄今為止覆蓋範圍最廣的。樣本採集工作主要由長期從事瀕危植物(銀杏、珙桐等)群體遺傳學和保護基因組學研究的浙大團隊完成,接下來三家機構共同對它們進行測序分析和數據挖掘,給每份樣本賜予了一個專屬的“身份證號”。

想通過幾百份基因組解決國外銀杏的傳播問題,該從何入手呢?從生物學角度考慮,由於生物對當地環境的各自適應,地理距離越遠,遺傳成分相似性一般會越低。若地理上相距遙遠的兩個樣本,遺傳成分卻出奇相似,甚至比毗鄰地之間還要像,便極有可能是“兄弟幾個,有的留在了家裡,有的被帶到了國外”。

李寧回憶,這種結合距離和遺傳成分、以大數據做支撐的研究方法,雖然是群體遺傳學研究的經典策略,但當時被植物所葛頌研究員提出來並應用於這項工作當中,還是非常令大家佩服的。

帶著這種思路,研究人員將每兩個樣本之間的地理距離和遺傳距離(遺傳成分相似度)都進行了計算,發現目前遍佈全球的銀杏幾乎均源自以浙江天目山種群為代表的中國東部種群。

“比如歐洲的銀杏樣本,現存遺傳成分更接近天目山銀杏,與‘疑似’起源地的日本銀杏差異較大,說明並不是從日本傳出去的。”

全球银杏几乎都源自中国,随处可见为何却“濒危”?

解謎|

隨處可見卻“瀕危” 野生銀杏幾斷層

除了得出“全球銀杏幾乎都源自中國”這一重磅結論,這項研究還回答了其他幾個學界一直存在的疑問與爭議。

“銀杏屬於瀕危植物,需要去好好保護。”李寧首先拋出的這個結論,令人頗為吃驚——如此常見的樹種,哪裡談得上“瀕危”呢?

事實上,不但普通公眾想不到,這一結論也出乎不少科研人員意料。從演化歷史來看,歷經地球數次震盪卻依然能夠存活,已經證實了銀杏強大的適應能力。在城市中,它常被用作行道樹,除了美觀,還因為它抗汙染、耐冷耐旱。最令大家佩服的是,銀杏幾乎沒有病蟲害,很少能見到葉片被咬出缺口、孔洞。此外,銀杏易於栽種,只要環境敞亮,有充足的陽光和水,95%的種子都可以正常萌發。

種種特性顯示,銀杏與“瀕危”應該沾不上邊。然而李寧介紹,一個物種是否瀕危,要看它在野生條件下的生長狀況。研究中他們震驚地發現,野外近10年來都沒有發現天然更新的銀杏幼樹了,只能見到成年銀杏大樹,這說明銀杏後代幾乎是斷層式消失。

全球银杏几乎都源自中国,随处可见为何却“濒危”?

饒強攝

“我們分析,或許是物種大滅絕時,取食銀杏種子的動物比如食草恐龍滅絕了,種子的傳播途徑變少。再加上森林鬱閉度很高,銀杏又‘晚婚晚育’,要二三十年才會結種,掉下來的種子都落在龐大的‘母親’身邊,大多數動物不願意幫助這種“臭烘烘”的種子傳播到陽光充足的地方,野外萌發率就非常低了。”李寧認為,對於銀杏野生種群及其核心種質資源,仍需給予重點和精準保護。

在進化潛力方面,儘管銀杏從外貌上看幾乎是一樣的,但當對545份樣本進行重測序後,它們在遺傳成分上展現出了豐富差異。這說明銀杏維持了較高水平的遺傳變異,擁有較大進化潛力,並非處於滅絕旋渦或進化末端。

此次研究雖已取得矚目成就,但李寧坦言,對銀杏這個“謎題富礦”的挖掘,還遠沒有到盡頭。

“比如在應用方面,景觀利用上我們希望栽種雄株,避免掉落一地銀杏種子,氣味也不好。在提取藥物營養成分方面,又希望栽種雌株可以收穫銀杏果。另外銀杏病蟲害少,耐旱耐低溫,背後的機制是什麼?銀杏長壽的奧秘又是什麼?”


分享到:


相關文章: